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工艺流程综合题
历年真题集中研究——明考情
1．(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________
____________________________________________________________________________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是___________________________________________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为________________；沉积锌后的电解液可返回____工序继续使用。
[把脉考点]
第(1)问
考查陌生化学方程式的书写
第(2)问
考查反应过程中的除杂、反应条件的控制
第(3)问
考查离子方程式的书写
第(4)问
考查电极反应式的书写、原料的循环利用
解析：(1)闪锌矿的主要成分是ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为ZnS＋O2ZnO＋SO2。
(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2
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O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全转变为Fe(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，有利于除杂，若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。
(3)溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。
(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋，电极反应式是Zn2＋＋2e－===Zn。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。
答案：(1)ZnS＋O2ZnO＋SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋
(4)Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
2．(2017·全国卷Ⅰ)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为________。
(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，写出相应反应的离子方程式：________________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因_______________________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
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(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？______________________(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：______________。
[把脉考点]
第(1)问
考查原料的处理与反应条件的控制
第(2)问
考查陌生离子方程式的书写
第(3)问
考查化工原理分析
第(4)问
考查化学键
第(5)问
考查Ksp的相关计算
第(6)问
考查陌生化学方程式的书写
解析：(1)从图像直接可以看出，当铁的浸出率为70%时对应的温度、时间分别为100 ℃、2 h和90 ℃、5 h。(2)解答陌生离子方程式的书写，首先要根据题意判断反应前后元素化合价的变化(反应前后Ti、Fe、H、Cl四种元素化合价没有变化)来推断离子反应类型(非氧化还原反应)，再根据题意写反应前后的参与反应的物质：FeTiO3＋H＋＋Cl－——Fe2＋＋TiOCl，再根据电荷守恒进行配平FeTiO3＋4H＋＋4Cl－——Fe2＋＋TiOCl，最后根据元素守恒可知生成产物中有H2O，则补水后可得FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O，即是要求的离子方程式。(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于40 ℃时，随着温度的升高，反应速率加快；高于40 ℃时，氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓度降低，结果转化率降低。(4)锂元素在化合物中只有一种化合价(＋1)，过氧键中氧显－1价，其余的氧为－2价，由化合物中元素化合价代数和等于0，设Li2Ti5O15中－2价、－1价氧原子个数分别为x、y，有：解得x＝7，y＝8。所以，过氧键数目为＝4。(5)分两步计算：①计算铁离子完全沉淀时磷酸根离子浓度。c(Fe3＋)·c(PO)＝Ksp(FePO4)，c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1。②混合后，溶液中镁离子浓度为c(Mg2＋)＝0.01 mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40还原产物。
在适宜的条件下，用氧化性(还原性)较强的物质可制备氧化性(还原性)较弱的物质，用于比较物质的氧化性或还原性的强弱。
(3)优先律
①多种氧化剂与一种还原剂相遇，氧化性强的首先得电子被还原。
②多种还原剂与一种氧化剂相遇，还原性强的首先失电子被氧化。
(4)价态律
元素处于最高价，只有氧化性(如KMnO4中的Mn)；元素处于最低价，只有还原性(如S2－、I－)；元素处于中间价态，既有氧化性，又有还原性(如Fe2＋、S、Cl2等)。
(5)转化律
同种元素不同价态之间发生氧化还原反应时，高价态＋低价态―→中间价态；价态相邻能共存、价态相间能归中，归中价态不交叉、价升价降只靠拢。
3．氧化还原反应方程式的配平流程
[基础小练]
2．配平下列方程式。
(1)____FeS2＋____O2____Fe2O3＋____SO2
(2)______HCl(浓)＋______MnO2______Cl2↑＋____MnCl2＋____H2O
(3)______Cu＋______HNO3(稀)===____Cu(NO3)2＋____NO↑＋____H2O
(4)______KI＋______KIO3＋____H2SO4===____I2＋____K2SO4＋____H2O
(5)____MnO＋____H＋＋____Cl－===____Mn2＋＋____Cl2↑＋____H2O
(6)____S＋____KOH===____K2S＋____K2SO4＋____H2O
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(7)____P4＋____KOH＋____H2O===____K3PO4＋____PH3
(8)____P＋____FeO＋____CaO____Ca3(PO4)2＋____Fe
答案：(1)4 11 2 8 (2)4 1 1 1 2
(3)3 8 3 2 4 (4)5 1 3 3 3 3
(5)2 16 10 2 5 8 (6)4 8 3 1 4
(7)2 9 3 3 5 (8)2 5 3 1 5
3．(1)完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式：
ClO＋Fe2＋＋__________===Cl－＋Fe3＋＋________
(2)完成以下氧化还原反应的离子方程式：
MnO＋C2O＋__________===Mn2＋＋CO2↑＋________
(3)请配平下面反应的化学方程式：
NaBO2＋SiO2＋Na＋H2===NaBH4＋Na2SiO3
(4)将NaBiO3固体(黄色，微溶)加入 MnSO4和H2SO4的混合溶液里，加热，溶液显紫色(Bi3＋无色)。配平该反应的离子方程式：
NaBiO3＋Mn2＋＋________===Na＋＋Bi3＋＋________＋________
答案：(1)1 6 6H＋ 1 6 3H2O
(2)2 5 16H＋ 2 10 8H2O
(3)1 2 4 2 1 2
(4)5 2 14H＋ 5 5 2MnO 7H2O
4．填空。
(1)①Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
②写出“高温煅烧”中由FePO4与Li2CO3、H2C2O4反应制备LiFePO4的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状，通入O2氧化，生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式：____________________________________________
______________________________________。
(3)工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2，则NH3与NO2反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，工业制取方法其中一步是将SO2、H2SO4加入到NaClO3中生成ClO2，同时回收NaHSO4
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。反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)大量的碘富集在海藻中，用水浸取后浓缩，再向浓缩液中加MnO2和H2SO4，即可得到I2，该反应的还原产物为____________。
(6)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________。
答案：(1)①4
②2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4
2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
(2)2As2S3＋5O2＋6H2O===4H3AsO4＋6S
(3)8NH3＋6NO27N2＋12H2O
(4)2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2NaHSO4＋2ClO2
(5)MnSO4(或Mn2＋) (6)2∶1
(三)掌握方程式的书写技巧
1．陌生化学方程式书写的思路
首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：
(1)元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律。
(2)元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒外，还要遵循得失电子守恒规律。最后根据题目要求写出化学方程式或离子方程式(需要遵循电荷守恒规律)即可。
2．陌生氧化还原反应方程式书写的具体步骤
[对点训练]
1．(2018·全国卷Ⅲ节选)KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：
(1)KIO3的化学名称是________。
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(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：
“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是__________。“滤液”中的溶质主要是________。“调pH”中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)KIO3的化学名称为碘酸钾。
(2)Cl2的溶解度随温度的升高而降低，所以可以用加热的方法来达到“逐Cl2”的目的；KH(IO3)2和KCl的分离可以根据溶解度的不同，采用结晶法分离，滤液中的溶质主要是KCl，要使KH(IO3)2转化为KIO3，可以加入KOH调节pH。发生反应：KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O，从而避免引入新的杂质离子。
答案：(1)碘酸钾 (2)加热 KCl KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O(或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O)
2．(2018·惠州调研)三氧化二镍(Ni2O3)是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料。工业上利用含镍废料(镍、铁、钙、镁合金为主)制取草酸镍(NiC2O4·2H2O)，再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水。工艺流程图如图所示：
请回答下列问题：
(1)加入H2O2发生的主要反应的离子方程式为____________________________________
______________________________________；加入碳酸钠溶液调pH至4.0～5.0，其目的为________________________________________________________________________。
(2)草酸镍(NiC2O4·2H2O)在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧，可制得Ni2O3，同时获得混合气体，该混合气体的主要成分为(水除外)________________。
(3)工业上还可用电解法制取Ni2O3，用NaOH溶液调NiCl2溶液的pH至7.5，加入适量Na2SO4后利用惰性电极电解。电解过程中产生的Cl2有80%在弱碱性条件下生成ClO－，再把二价镍氧化为三价镍。ClO－氧化Ni(OH)2生成Ni2O3的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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a mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过电子的物质的量为________mol。
(4)以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时，NiO(OH)转化为Ni(OH)2，该电池总反应的化学方程式是_______________________________________
___________________，其放电时正极电极反应式为___________________________________
________________________________。
解析：(1)加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋，发生反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O，加入碳酸钠溶液调节pH至4.0～5.0，可促使Fe3＋水解，生成Fe(OH)3沉淀除去。(2)NiC2O4·2H2O在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧可制得Ni2O3，Ni元素的化合价升高，则必有元素化合价降低，故生成CO，又生成的是混合气体，必有CO2生成。(3)ClO－具有强氧化性，将Ni(OH)2氧化成Ni2O3，自身被还原为Cl－，发生反应的离子方程式为ClO－＋2Ni(OH)2===Cl－＋Ni2O3＋2H2O，由离子方程式可知，a mol二价镍全部转化为三价镍时，消耗0.5a mol ClO－，再由Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O可知，电解产生的Cl2的物质的量为＝0.625a mol，再由2Cl－－2e－===Cl2↑可知，外电路中转移电子的物质的量为0.625a mol×2＝1.25a mol。(4)该电池放电时，NiO(OH)转化为Ni(OH)2，Ni由＋3价变为＋2价，故正极的电极反应式为NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，负极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，该电池总反应的化学方程式为Al＋3NiO(OH)＋NaOH＋H2O===3Ni(OH)2＋NaAlO2。
答案：(1)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
促进Fe3＋水解沉淀完全
(2)CO、CO2
(3)ClO－＋2Ni(OH)2===Cl－＋Ni2O3＋2H2O 1.25a
(4)Al＋3NiO(OH)＋NaOH＋H2O===
3Ni(OH)2＋NaAlO2
NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
3．工业上“中温焙烧——钠化氧化法”回收电镀污泥中的铬已获技术上的突破。其工艺流程如下：
[查阅资料]
①电镀污泥中含有Cr(OH)3、Al2O3、ZnO、CuO、NiO等物质；水浸后溶液中含有Na2CrO4、NaAlO2、Na2ZnO2等物质；
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②Na2SO4、Na2Cr2O7、Na2CrO4在不同温度下的溶解度如下表：
温度化学式
20 ℃
60 ℃
100 ℃
Na2SO4
19.5
45.3
42.5
Na2Cr2O7
183
269
415
Na2CrO4
84
115
126
请回答：
(1)操作①的名称是______， “水浸”后的溶液呈______性。
(2)“焙烧氧化”过程中Cr(OH)3转化成Na2CrO4的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)滤渣Ⅱ的主要成分有Zn(OH)2和X，生成X的离子反应方程式为________________________________________________________________________。
(4)“酸化浓缩”时，需继续加入H2SO4，使Na2CrO4转化成Na2Cr2O7，反应离子的方程式为________________________________________________________________________
________________。
解析：(1)操作①是从溶液中分离出滤渣，操作①的名称是过滤；水浸后溶液中存在Na2CrO4、NaAlO2、Na2ZnO2等都为强碱弱酸盐，水解后呈碱性。(2)焙烧氧化过程中有氧气参加反应，可知还应生成水，反应的化学方程式为4Cr(OH)3＋4Na2CO3＋3O2===4Na2CrO4＋4CO2＋6H2O。(3)水浸后溶液中存在Na2CrO4、NaAlO2、Na2ZnO2等物质，加入硫酸调节溶液的pH可得到Zn(OH)2、Al(OH)3沉淀，NaAlO2加入酸生成Al(OH)3沉淀的离子方程式为AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓。(4)Na2CrO4转化成Na2Cr2O7的离子方程式为2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O。
答案：(1)过滤 碱 (2)4Cr(OH)3＋4Na2CO3＋3O2===4Na2CrO4＋4CO2＋6H2O (3)AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓ (4)2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O
命题点四 化学工艺流程题中物质的分离与提纯
(一)物质分离、提纯的六种物理方法
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(二)分离提纯中的各种答题规范
1．判断沉淀剂过量的答题规范
沉淀剂过量的目的是使杂质离子沉淀完全。判断沉淀剂已过量的一般操作规范是把反应后的混合物静置一段时间，吸取少量上层清液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的沉淀剂，若没有沉淀生成，则证明沉淀剂已过量。
2．洗涤沉淀时的答题规范
由于沉淀生成时，表面吸附一定量的离子，因此，过滤后要进行沉淀的洗涤。洗涤规范是向过滤得到的沉淀上慢慢注入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，然后静置，让其自然流下，重复以上操作2～3次，直至洗涤干净。为了减少沉淀的溶解，可用冰水或有机溶剂洗涤。
3．检验沉淀洗涤干净的答题规范
检验沉淀是否洗涤干净，主要是检验洗涤液中是否还含有在溶液中吸附的离子。一般的检验规范是取少量最后一次的洗涤液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。
4．溶液结晶答题规范
从溶液中得到带结晶水的晶体的规范是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
5．除杂答题规范
在书写某一步骤是为了除杂时，应该规范回答，“是为了除去××杂质”，“除杂”等一类万能式的回答是不能得分的。
[对点训练]
1．(2017·全国卷Ⅲ节选)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
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回答下列问题：
(1)步骤①的主要反应为FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2。滤渣1中含量最多的金属元素是________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。
(2)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80 ℃ b．60 ℃
c．40 ℃ d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是________。
解析：(1)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知，滤渣2的主要成分是Al(OH)3及含硅杂质。(2)根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，即在10 ℃左右时得到的K2Cr2O7固体最多，故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7＋2NaCl，其属于复分解反应。
答案：(1)Fe Al(OH)3 (2)d 复分解反应
2．SO2是硫酸工业尾气的主要成分。以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、________、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。
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(2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是____________________。
(3)已知室温下Mn(OH)2的Ksp＝4.5×10－13，向MnSO4溶液中滴加氨水使溶液的pH＝10，请列式计算，判断此时溶液中Mn2＋是否沉淀完全：___________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)在相同温度下，K2SO4的溶解度最小，反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液，进行蒸发浓缩后，K＋和SO以K2SO4的形式结晶析出，此时趁热过滤，可得到K2SO4晶体，同时也可防止其他盐结晶析出。(2)因为Ag2SO4是微溶于水的白色固体，所以用HNO3酸化的AgNO3溶液检验Cl－时，应先加入过量Ba(NO3)2溶液使SO完全沉淀。(3)溶液的pH＝10时，c(OH－)＝1×10－4 mol·L－1，c(Mn2＋)＝＝4.5×10－5 mol·L－1＞1×10－5 mol·L－1，所以此时溶液中的 Mn2＋没有沉淀完全。
答案：(1)趁热过滤 (2)取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加HNO3酸化的AgNO3溶液
(3)c(Mn2＋)＝＝4.5×10－5 mol·L－1＞1×10－5 mol·L－1，Mn2＋没有沉淀完全
3．(2018·石家庄质检)磷酸铁锂电池被广泛应用于各种电动汽车，其正极是通过将磷酸铁锂(LiFePO4)、导电剂、黏结剂和乙炔黑等按比例混合，再涂于铝箔上制成。一种从废旧磷酸铁锂电池正极材料中回收某些金属资源的工艺流程如下：
已知：①常温下，Ksp[Fe(OH)3]＝10－39；
②Li2CO3的溶解度：0 ℃为1.54 g；100 ℃为0.72 g。
请回答：
(1)“沉铁”时，溶液的pH与金属元素的沉淀百分率(w)的关系如表：
pH
3.5
5
6.5
8
10
12
w(Fe)/%
66.5
79.2
88.5
97.2
97.4
98.1
w(Li)/%
0.9
1.3
1.9
2.4
4.5
8.0
则该过程应调节pH＝________，其原因为______________________________________
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________________________________________________________________________；
假设该过程在常温下进行，则此时溶液中c(Fe3＋)＝__________________________。
(2)“沉锂”时，所得Li2CO3应选择________(填“冷水”或“热水”)进行洗涤，判断Li2CO3已洗涤干净的操作和现象为__________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由题表可知， pH＝8时，Fe元素的沉淀百分率较大且Li元素的损失较小，故应调节pH＝8；Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝c(Fe3＋)×(10－6)3＝10－39，则c(Fe3＋)＝10－21 mol·L－1。(2)由不同温度下碳酸锂的溶解度数据可知，应选择热水进行洗涤；取最后一次洗涤液少许，向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，若无沉淀生成，则证明已洗涤干净。
答案：(1)8 Fe元素的沉淀百分率较大且Li元素的损失较小 10－21 mol·L－1 (2)热水 取最后一次洗涤液少许，向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，无沉淀生成，则证明已洗涤干净
4．(2018·太原模拟)高氯酸铵NH4ClO4是复合火箭推进剂的重要成分，实验室可通过下列反应制取。
(1)氯酸钠受热分解生成高氯酸钠和氯化钠的化学方程式为____________________
____________________________________________________。
(2)反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.15，从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、________、________、冰水洗涤、干燥。用冰水洗涤的目的是______________________________。
若氯化铵溶液用氨气和浓盐酸代替，则该反应不需要加热就能进行，其原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)根据题中信息可知NaClO3发生歧化反应生成NaClO4和NaCl，根据Cl元素化合价变化可写出该反应的化学方程式：4NaClO3NaCl＋3NaClO4
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。(2)由溶解度曲线可知NH4ClO4的溶解度随温度升高而明显增大，而NaCl的溶解度随温度变化不明显，故混合溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤和干燥可获得较多NH4ClO4晶体。用冰水洗涤能降低NH4ClO4的溶解度，减少洗涤过程中NH4ClO4晶体的损失。若NH4Cl溶液用氨气和浓盐酸代替，则反应不需要加热就能进行，说明氨气与浓盐酸的反应为放热反应，放出的热量可促使反应器中的反应发生。
答案：(1)4NaClO3NaCl＋3NaClO4
(2)蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 减少洗涤过程中NH4ClO4晶体的损失 氨气与浓盐酸反应放出热量
命题点五 化学工艺流程题中的化学计算
化工流程题中涉及的计算主要有：样品的质量分数或纯度的计算，物质的转化率或产率、物质的量浓度、物质的质量的计算。
1．计算公式
(1) n＝，n＝，n＝cV(aq)
(2)＝×100%
(3)产品产率＝×100%
(4)物质的转化率＝×100%
2．计算方法——关系式法
关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中，利用该法可以节省不必要的中间运算过程，避免计算错误，并能迅速准确地获得结果。一步反应中可以直接找出反应物与目标产物的关系；在多步反应中，若第一步反应的产物是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式将某中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间量的关系。
如水中溶氧量(DO)的测定：
碱性条件下，O2将Mn2＋氧化为MnO(OH)2：
①2Mn2＋＋O2＋4OH－===2MnO(OH)2↓
酸性条件下，MnO(OH)2将I－氧化为I2：
②MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O
用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2：
③2S2O＋I2===S4O＋2I－
可得关系式：
O2～2Mn2＋～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3
[对点训练]
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1．(2017·全国卷Ⅲ节选)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
回答下列问题：
(1)步骤①的主要反应为：
FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是______________________________________________________。
(2)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为________。
解析：(1)1 mol FeO·Cr2O3参与反应共失去7 mol电子，而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为，根据Cr原子守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0＝×294 g·mol－1×10－3 kg·g－1＝ kg，所以产品的产率为×100%＝×100%。
答案：(1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
(2)×100%
2．黄铜矿(CuFeS2)可用来冶炼铜及制备铁氧化物，常含有微量金、银等。以黄铜矿为主要原料生产铁红(氧化铁)颜料、胆矾的工艺流程如图所示：
用滴定法测定所得产品中CuSO4·5H2O的含量，称取a g样品配成100 mL溶液，取出20.00 mL，用c mol·L－1 EDTA(Na2H2Y·2H2
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O)标准溶液滴定至终点(EDTA不与杂质反应)，消耗EDTA标准溶液的体积为b mL。滴定反应为Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋。则CuSO4·5H2O的质量分数为________。滴定管用蒸馏水洗涤后，直接注入标准溶液，则会导致测定结果偏____(填“大”或“小”)。
解析：根据滴定反应可知，20.00 mL溶液中n(Cu2＋)＝n(H2Y2－)＝c mol·L－1×b×10－3 L＝bc×10－3 mol，则a g样品中CuSO4·5H2O的物质的量为5bc×10－3 mol，样品中CuSO4·5H2O的质量分数为×100%＝%。滴定管用蒸馏水洗涤后，直接注入标准溶液，则标准溶液被稀释，浓度偏小，导致消耗标准溶液的体积偏大，使测定结果偏大。
答案：% 大
3．(2018·洛阳统考)醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：
相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如表：
金属离子
开始沉淀的pH
沉淀完全的pH
物质
20 ℃时溶解性(H2O)
Fe3＋
1.1
3.2
CaSO4
微溶
Fe2＋
5.8
8.8
NiF2
可溶
Al3＋
3.0
5.0
CaF2
难溶
Ni2＋
6.7
9.5
NiCO3
Ksp＝9.60×10－6
(1)沉镍过程中，若c(Ni2＋)＝2.0 mol·L－1，欲使100 mL该滤液中的Ni2＋沉淀完全[c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为__________g。(保留小数点后1位有效数字)
(2)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图所示。酸浸的最佳温度与时间分别为________。
解析：(1)根据NiCO3的Ksp，当Ni2＋沉淀完全时，溶液中c(CO)＝≥
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mol·L－1＝0.96 mol·L－1，此时溶液中n(Na2CO3)＝0.96 mol·L－1×0.1 L＝0.096 mol，故需要加入Na2CO3固体的质量最少为(2.0 mol·L－1×0.1 L＋0.096 mol)×106 g·mol－1≈31.4 g。(2)根据题图，酸浸的温度与时间分别为70 ℃、120 min时，镍浸出率已较高，再升高温度，延长时间，镍浸出率变化不大，故酸浸的最佳温度与时间分别为70 ℃、120 min。
答案：(1)31.4 (2)70 ℃、120 min
4．(2018·武汉调研)高纯硝酸锶Sr(NO3)2可用于制造信号灯、光学玻璃等。工业级硝酸锶含硝酸钙、硝酸钡等杂质，提纯流程如下：
已知：①“滤渣1”的成分为Ba(NO3)2、Sr(NO3)2；
②铬酸(H2CrO4)为弱酸。
为了测定“滤渣2”中BaCrO4的含量，进行以下实验：
m g“滤渣2”溶液,滴定终点时消耗V mL Na2S2O3溶液
(已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O)
(1)“滤渣2”中BaCrO4(摩尔质量为M g·mol－1)的质量分数为________(用代数式表示)。
(2)若加入的HI溶液过量太多，测定结果会__________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
解析：(1)酸性条件下BaCrO4与HI反应的离子方程式为2BaCrO4＋6I－＋16H＋===2Cr3＋＋3I2＋8H2O＋2Ba2＋，结合反应I2＋2S2O===2I－＋S4O，设“滤渣2”中BaCrO4的质量分数为w，则有：
2BaCrO4～3I2～6S2O
2M g 6 mol
m g×w cV×10－3 mol
则w＝×100%＝×100%。(2)若加入的HI溶液过量太多，部分HI被空气氧化，使测定结果偏高。
答案：(1)×100% (2)偏高
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卷——基础保分练
1．绿水青山就是金山银山，某工厂为了实现节能减排，建设美丽中国的目标，将烟道气中的一种常见气体SOx和含Ca(OH)2、NaOH的废碱液作用，经过一系列化学变化，最终得到石膏(CaSO4·2H2O)和过二硫酸钠(Na2S2O8)。设计简要流程如图1所示：
(1)SOx中x＝________，操作a的名称是_____________________________________。
废碱液经操作a得到的固体为________(填化学式)。
(2)向溶液Ⅰ中通入足量空气发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(3)已知用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液可生成S2O，其电解装置如图2所示。下列说法不正确的是________(填字母)。
A．阳极的电极反应式有
2SO－2e－===S2O、4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解一段时间后，阴极附近溶液的pH减小
C．电解过程中，阳极产生微量能使湿润的淀粉KI试纸变蓝的有色单质气体，该气体可能是O3
D．若制取1 mol Na2S2O8且阳极有11.2 L O2(标准状况)生成时，阴极产生H2在标准状况下的体积为44.8 L
(4)一定条件下，S8(s)、O2(g)和NaOH(s)反应过程中的能量变化关系如图3所示(图3中a、b均大于0)，请写出1 mol S8(s)完全燃烧的热化学方程式：_______________________
________________。
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解析：由图1可知，经操作a后得到固体Ⅰ和溶液Ⅰ，所以操作a为过滤，固体Ⅰ与空气和H2O反应得到石膏，固体为CaSO3，则SOx中x＝2。(2)溶液Ⅰ中溶质主要为Na2SO3，通入足量空气发生反应2Na2SO3＋O2===2Na2SO4。(3)由图2可知，阳极失去电子，电极反应式有2SO－2e－===S2O、4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A项正确；阴极是H＋得到电子生成H2，故电解一段时间后，阴极附近溶液的pH增大，B项错误；能使湿润的淀粉KI试纸变蓝的气体具有氧化性，且该气体为有色单质，可能是O3，C项正确；生成1 mol Na2S2O8失去2 mol电子，生成标准状况下11.2 L O2失去2 mol电子，则H＋共得到4 mol电子生成2 mol氢气，其在标准状况下的体积为44.8 L，D项正确。(4)由图3可得1 mol S8(s)完全燃烧的热化学方程式为S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g) ΔH＝8(a－b)kJ·mol－1。
答案：(1)2 过滤 CaSO3
(2)2Na2SO3＋O2===2Na2SO4 (3)B
(4)S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g) ΔH＝8(a－b)kJ·mol－1
2．镍及其化合物在化工生产中有广泛应用。某实验室用工业废弃的NiO催化剂(含有Fe2O3、CaO、CuO、BaO等杂质)为原料制备Ni2O3的实验流程如下：
已知：常温时Ksp(CaF2)＝2.7×10－11，Ksp(CuS)＝1.0×10－36；Fe3＋不能氧化Ni2＋。
有关氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH如下表所示：
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Ni(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.7
完全沉淀的pH
3.7
9.7
9.2
(1)调节pH最低值为________。
(2)加入H2O2的目的是_______________________________________________________
(用离子方程式表示)。
(3)“电解”制备NiOOH时阳极的电极反应式为_________________________________
________________。
(4)加入NaF的目的是除去Ca2＋，当c(F－)＝0.001 mol·L－1时，c(Ca2＋)＝________ mol·L－1。
(5)为了探究操作A中发生的反应，设计如下实验：
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①写出B中反应的离子方程式：_______________________________________________。
②为了检验B中生成了FeCl2，取少量B中溶液于试管，滴加下列试剂________(填字母)。
A．酸化的双氧水 B．酸性高锰酸钾溶液
C．K3[Fe(CN)6]溶液 D．加入氯水、KSCN溶液
③有人认为用燃烧法处理尾气，你是否同意？答：____(填“同意”或“不同意”)，简述理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④如果C中盛装100 mL 0.05 mol·L－1CuSO4溶液，通入H2S恰好完全反应，产生黑色沉淀。过滤，得到滤液的pH为________(不考虑体积变化)。
解析：(1)调节pH使Fe3＋完全沉淀而不能使Ni2＋沉淀，所以pH最低值为3.7。(2)加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋。(3)阳极上镍离子被氧化，OH－参与反应生成NiOOH和H2O。(4)c(Ca2＋)＝＝ mol·L－1＝2.7×10－5mol·L－1。(5)①硫化氢是强还原剂，会还原Fe3＋。②在Cl－存在下，用铁氰化钾检验Fe2＋，因为氯离子可能还原高锰酸钾，干扰Fe2＋的检验；溶液中可能有未反应的Fe3＋，不能选A、D项。③如果用燃烧法处理硫化氢，会造成二次污染。④H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋，所得溶液中c(H＋)＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg 0.1＝1。
答案：(1)3.7
(2)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
(3)Ni2＋－e－＋3OH－===NiOOH＋H2O
(4)2.7×10－5
(5)①2Fe3＋＋H2S===S↓＋2Fe2＋＋2H＋
②C ③不同意 H2S燃烧产生污染物SO2 ④1
3．(2018·福州质检)目前世界上新建的金矿中约有80%都采用氰化法提金。某工厂利用锌冶炼渣回收金、银等贵金属的流程如图所示：
已知：HCN有剧毒，Ka(HCN)＝5×10－10；
Au＋＋2CN－[Au(CN)2]－，平衡常数Kβ＝1×1038。
(1)磨矿细度对浸出率的影响如图所示，依据浸出率应选择磨矿细度________为宜。
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(2)生产中用生石灰调节矿泥pH＞11.5，其目的之一是阻止溶液中的氰化物转化为HCN而挥发，其作用原理是______________________________________________________(用离子方程式表示)。
(3)“氰化”环节，是以NaCN溶液浸取调节pH的矿泥，敞口放置，将Au转化为Na[Au(CN)2]。
①其化学方程式为________________________________________________________。
②“氰化”环节中，金的溶解速率在80 ℃时达到最大值，但生产中控制反应液的温度在10～20 ℃，原因是________________________________________________________
________(答一点即可)。
③已知2H＋＋[Au(CN)2]－Au＋＋2HCN，该反应的K＝________。
(4)用锌还原Na[Au(CN)2]生成金，消耗的锌与生成的金的物质的量之比为________。
(5)氰化物有剧毒，经合理处理就可以基本消除对环境的负面影响。H2O2可消除水中的氰化物(如NaCN)，经以下反应实现：NaCN＋H2O2＋H2O===A＋NH3↑。
①生成物A的化学式为______________________________________________。
②某废水用H2O2处理40 min后，测得剩余总氰为0.16 mg·L－1，除氰率达80%，计算0～40 min时间段反应速率v(CN－)＝________mg·L－1·min－1。(结果保留两位有效数字)
解析：(1)根据图示，选择磨矿细度87%为宜。(2)用生石灰调节矿泥pH＞11.5，溶液呈碱性，能抑制氰化物中的CN－水解。(3)①“氰化”环节，Au转化为Na[Au(CN)2]，Au被氧化，显然有O2参与反应，其化学方程式为4Au＋8NaCN＋O2＋2H2O===4Na[Au(CN)2]＋4NaOH。②“氰化”环节，有O2参与反应，温度升高，O2的溶解度减小；同时温度升高，促进了氰化物的水解，增加了HCN的挥发速度；随温度的升高，Ca(OH)2的溶解度反而下降，部分碱从溶液中析出。③根据HCNH＋＋CN－、Au＋＋2CN－[Au(CN)2]－，由第二个反应＋第一个反应×2，可得Au＋＋2HCN2H＋＋[Au(CN)2]－，此反应的K＝K(HCN)·Kβ，则2H＋＋[Au(CN)2]－Au＋＋2HCN的K＝＝＝4×10－20。(4)用锌还原Na[Au(CN)2]生成金，根据ZnZn2＋、[Au(CN)2]－Au及得失电子守恒知，消耗的锌与生成的金的物质的量之比为1∶2。(5)①根据原子守恒，可推知生成物A的化学式为NaHCO3。②0～40 min时间段，除氰率达80%，则除去的CN－为剩余的CN－
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的4倍，除去的CN－为0.16 mg·L－1×4＝0.64 mg·L－1，则v(CN－)＝＝0.016 mg·L－1·min－1。
答案：(1)87% (2)CN－＋H2OHCN＋OH－
(3)①4Au＋8NaCN＋O2＋2H2O===4Na[Au(CN)2]＋4NaOH ②氧气在溶液中的溶解度随着温度的升高而下降；温度的升高，促进了氰化物的水解，增加了HCN的挥发速度；随温度的升高，Ca(OH)2的溶解度反而下降，部分碱从溶液中析出 ③4×10－20 (4)1∶2
(5)①NaHCO3 ②0.016
4．PFS是水处理中重要的絮凝剂，下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。
(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是______________________________________；
PFS中铁元素的化合价为________；在酸浸槽中，为了提高浸出率，可以采取的措施有________________________________________________________________________(写两条)。
(2)若废铁屑中含有较多铁锈(Fe2O3·xH2O)，则酸浸时反应的化学方程式有___________
________________________________________________________________________。
(3)如果反应釜中用H2O2作氧化剂，则反应的离子方程式为________________________
___________________________________；生产过程中，发现反应釜中产生了大量的气体，且温度明显升高，其原因可能是___________________________________________________。
(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。如果溶液酸性过强，造成的后果是________________________________________________________________________。
如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。若溶液中Fe3＋的浓度为1 mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，溶液的pH约为________。[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10－39]。
解析：(1)PFS是硫酸盐，制备时不能引入杂质，要用硫酸酸浸；根据[Fe2(OH)x(SO4)3－x/2]y中各元素正、负化合价的代数和为0，得铁的化合价为＋3。(2)Fe2O3·xH2O和Fe均与硫酸反应，且氧化性：Fe3＋＞H＋。(4)PFS中含有OH－，若酸性过强，c(OH－)降低，影响Fe3＋与OH－结合形成PFS；若溶液中Fe3＋的浓度为1 mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，则1.0×10－39＝1 mol·L－1×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－13 mol·L－1，则c(H＋)＝0.1 mol·L－1，所以pH＝1。
答案：(1)H2SO4 ＋3 加热、搅拌、多次浸取等
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(2)Fe2O3·xH2O＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋(3＋x)H2O、Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ (3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O H2O2与Fe2＋的反应为放热反应，加入的H2O2过多，且生成的Fe3＋能作H2O2分解的催化剂，H2O2发生分解反应，生成了O2 (4)影响Fe3＋与OH－的结合(合理答案均可) 1
5．金属钼在工业和国防建设中有重要的作用。钼(Mo)的常见化合价为＋6、＋5、＋4。由钼精矿(主要成分是MoS2)可制备单质钼和钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)，部分流程如图1所示：
已知：钼酸微溶于水，可溶于液碱和氨水。
回答下列问题：
(1)钼精矿焙烧时，每有1 mol MoS2反应，转移电子的物质的量为________。
(2)钼精矿焙烧时排放的尾气对环境的主要危害是___________________________
________________，请你提出一种实验室除去该尾气的方法________________________
_______________________________________________。
(3)操作2的名称为________。由钼酸得到MoO3所用到的硅酸盐材料仪器的名称是________。
(4)操作1中，加入碳酸钠溶液充分反应后，碱浸液中c(MoO)＝0.80 mol·L－1，c(SO)＝0.04 mol·L－1，在结晶前需加入Ba(OH)2固体以除去溶液中的SO。当BaMoO4开始沉淀时，SO的去除率是________。[Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10、Ksp(BaMoO4)＝4.0×10－8，溶液体积变化可忽略不计]
(5)焙烧钼精矿所用的装置是多层焙烧炉，图2为各炉层固体物料的物质的量的百分数(φ)。
①x＝________。
②焙烧炉中也会发生MoS2与MoO3反应生成MoO2和SO2的反应，若该反应转移6 mol电子，则消耗的氧化剂的化学式及物质的量分别为________、________。
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解析：(2)由流程图可知，钼精矿焙烧产生的二氧化硫为大气污染物，其对环境的主要危害是形成酸雨，实验室可用氨水或氢氧化钠溶液吸收SO2。(3)灼烧用到的硅酸盐材料仪器为坩埚。(4)根据Ksp(BaMoO4)及c(MoO)可计算出MoO开始沉淀时溶液中c(Ba2＋)，再根据c(Ba2＋)和Ksp(BaSO4)计算出此时溶液中c(SO)，进而可求出SO的去除率。(5)①根据题图2可知，在炉层序号为6时，MoS2和MoO3的物质的量的百分数均为18%，则MoO2的物质的量的百分数为100%－18%×2＝64%。②根据反应MoS2＋6MoO37MoO2＋2SO2↑，则消耗的氧化剂的化学式为MoO3，反应转移6 mol电子时，消耗MoO3的物质的量为3 mol。
答案：(1)14 mol (2)形成酸雨 可用氨水或氢氧化钠溶液吸收(其他合理答案均可) (3)过滤 坩埚
(4)94.5% (5)①64 ②MoO3 3 mol
6．(2018·唐山质检)二硫化钨(WS2，其中W的化合价为＋4)可用作润滑剂，还可以在石油化工领域中用作催化剂。由钨铁矿(其主要成分是FeWO4，还含少量Al2O3)制备二硫化钨的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1)FeWO4中铁元素的化合价为________。
(2)FeWO4在“熔融”过程中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________；“熔融”过程中为了提高
熔融速率，可采取的措施有____________________________________________
(写出一条即可)。
(3)过量CO2通入粗钨酸钠溶液中发生反应的离子方程式为_________________________
________________________________________，
操作Ⅰ中用作引流的玻璃仪器是________。
(4)生成二硫化钨的化学方程式为2(NH4)2WS4＋3O22WS2＋4NH3＋2S＋2SO2＋2H2O，若反应中转移8 mol电子，则生成WS2的质量是________g。
解析：(1)FeWO4中O、W分别为－2价和＋6价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0可求出铁元素的化合价为＋2。(2)结合题给流程图可知钨铁矿在熔融时与NaOH、O2反应生成Fe2O3和钨酸钠，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式为4FeWO4＋O2
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＋8NaOH2Fe2O3＋4Na2WO4＋4H2O。“熔融”时为了提高熔融速率，可采取的措施有将钨铁矿粉碎或搅拌等。(3)粗钨酸钠溶液中含有少量的NaAlO2，通入过量CO2时，NaAlO2与CO2、H2O反应生成Al(OH)3和NaHCO3。操作Ⅰ为过滤操作，实验中需要用到引流的玻璃仪器是玻璃棒。(4)结合题给流程图可知(NH4)2WS4中W和S分别为＋6价和－2价，根据化合价变化可知，每生成2 mol WS2时转移16 mol电子，则反应中转移8 mol电子时，生成1 mol WS2，其质量为(184＋32×2)g·mol－1×1 mol＝248 g。
答案：(1)＋2
(2)4FeWO4＋O2＋8NaOH2Fe2O3＋4Na2WO4＋4H2O 粉碎矿石(或搅拌等)
(3)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
玻璃棒
(4)248
卷——重点增分练
1．镧系金属元素铈(Ce)常见有＋3、＋4两种价态，铈的合金耐高温，可以用来制造喷气推进器零件。
请回答下列问题：
(1)雾霾中含有的污染物NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO，若生成的NO、NO物质的量之比为1∶1，试写出该反应的离子方程式：_______________________________
____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用电解的方法可将上述吸收液中的NO转化为稳定的无毒气体，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。
①无毒气体从电解槽的________(填字母)口逸出。
②每生成标准状况下22.4 L无毒气体，同时可再生成Ce4＋________mol。
(3)铈元素在自然界中主要以氟碳铈矿形式存在，其主要化学成分为CeFCO3。工业上利用氟碳铈矿提取CeCl3的一种工艺流程如下：
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①焙烧过程中发生的主要反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
②假设参与酸浸反应的CeO2和CeF4的物质的量之比为3∶1，试写出相应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是________________________________________
__________________________________________。
④常温下，当溶液中的某离子浓度≤1.0×10－5 mol·L－1时，可认为该离子沉淀完全。据此，在生成Ce(OH)3的反应中，加入NaOH溶液至pH至少达到________时，即可视为Ce3＋已完全沉淀。(Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20)
⑤加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是________________________________________________________________________。
解析：(1)由于NO、NO物质的量之比为1∶1，每生成NO、NO各1 mol时转移电子4 mol，据此可写出反应的离子方程式。(2)无毒气体应为N2，由2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O知，N2在阴极区产生，每生成1 mol N2，转移6 mol电子，在阳极可生成6 mol Ce4＋。(3)①焙烧过程中发生的主要反应的氧化剂和还原剂分别为O2和CeFCO3，通过分析化合价变化可知，O2和CeFCO3的物质的量之比为1∶4。②酸浸过程中Ce的化合价从＋4变为＋3，则必有元素被氧化，分析知，只能是－1价Cl被氧化生成Cl2，据此可写出反应的化学方程式。④常温下，若要使c(Ce3＋)≤1.0×10－5 mol·L－1，则需使c(OH－)≥1.0×10－5 mol·L－1，c(H＋)≤1.0×10－9 mol·L－1，所以pH至少达到9时，可视为Ce3＋已完全沉淀。⑤利用NH4Cl固体分解产生的HCl来抑制CeCl3的水解，从而得到无水CeCl3。
答案：(1)4Ce4＋＋2NO＋3H2O===4Ce3＋＋NO＋NO＋6H＋
(2)①c ②6
(3)①1∶4 ②9CeO2＋3CeF4＋45HCl＋3H3BO3===Ce(BF4)3↓＋11CeCl3＋6Cl2↑＋27H2O
③避免Ce3＋以Ce(BF4)3形式沉淀而损失(或将Ce3＋全部转化为CeCl3，提高产率) ④9 ⑤NH4Cl固体分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解
2．金属钴是一种非常稀缺的战略资源。工业上通过电解法从废旧硬质合金刀具[含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁]中回收钴。工艺流程简图如下：
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已知：
金属离子
开始沉淀pH
沉淀完全pH
Co2＋
5.6
9.5
Fe2＋
7.6
9.7
Fe3＋
2.7
3.7
请回答下列问题：
(1)电解时，废旧刀具接电源________(填电极名称)。
(2)净化过程加双氧水的目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)通氨气的目的是调节溶液的pH，除去铁元素。由表中的数据可知，理论上可选择的pH最大范围是____________________________________________________________。
(4)加入NH4HCO3溶液发生反应的离子方程式是______________________________
________________________________________________________________________。
(5)实验室洗涤过滤得到CoCO3沉淀的操作是___________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)CoCO3焙烧的化学方程式为____________________________________________。
解析：(1)根据工艺流程简图可知，电解时，废旧刀具中Co、Fe分别转化为Co2＋、Fe2＋，故废旧刀具接电源正极。(2)净化过程加双氧水的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋，便于除去铁元素。(3)根据题表中数据可知，控制pH范围为3.7～5.6，可以使Fe3＋沉淀完全，而Co2＋不沉淀。(4)根据工艺流程简图可知，加入NH4HCO3溶液，Co2＋转化为CoCO3，离子方程式为2HCO＋Co2＋===CoCO3↓＋CO2↑＋H2O。(5)实验室洗涤过滤得到CoCO3沉淀的操作为：向过滤器中注入蒸馏水，没过沉淀，待液体滤出，重复操作2～3次。(6)CoCO3焙烧时转化为Co2O3，化学方程式为4CoCO3＋O22Co2O3＋4CO2。
答案：(1)正极 (2)将Fe2＋氧化成Fe3＋
(3)3.7～5.6
(4)2HCO＋Co2＋===CoCO3↓＋CO2↑＋H2O
(5)向过滤器中注入蒸馏水，没过沉淀，待液体滤出后，重复操作2～3次
(6)4CoCO3＋O22Co2O3＋4CO2
3．电解精炼铜的阳极泥中主要含Ag、Au等贵重金属。以下是从精炼铜的阳极泥中回收银、金的流程图：
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(1)氯金酸(HAuCl4)中Au的化合价为________。
(2)铜阳极泥氧化时，采用低温焙烧而不采用高温焙烧的原因是_____________________
_______________________________________________。
(3)“焙烧渣”在“①酸浸”时发生反应的离子方程式为_______________________
________________________________________________________________________。
(4)“②浸金”反应中，H2SO4的作用为________，该步骤的分离操作中，需要对所得的AgCl进行水洗。简述如何判断AgCl已经洗涤干净？___________________________________
_______________________________________________。
(5)氯金酸(HAuCl4)在pH为2～3的条件下被草酸还原为Au，同时放出二氧化碳气体，则该反应的化学方程式为_________________________________________________________
______________。
(6)甲醛还原法沉积银，通常在搅拌下于室温及弱碱性条件下进行，甲醛被氧化为碳酸氢根离子，则该反应的离子方程式为_________________________________________________
__________________________。
电解法精炼银，用10 A的电流电解30 min，若电解效率(通过一定电量时阴极上实际沉积的金属质量与通过相同电量时理论上应沉积的金属质量之比)为80%，此时可得到银单质的质量为________(保留1位小数，法拉第常数为96 485 C·mol－1)。
解析：(1)HAuCl4中H为＋1价，Cl为－1价，根据化合物中正负化合价的代数和为0，可推知Au为＋3价。(2)根据工艺流程图可知，铜阳极泥焙烧时，只有Ag与氧气反应，而Au与氧气不反应，故焙烧的目的是将Ag转化为氧化物，而高温焙烧时生成的Ag2O又分解为Ag和O2。(3)“焙烧渣”的主要成分为Ag2O、Au，在“①酸浸”时Ag2O与H2SO4、NaCl反应转化为AgCl，故离子方程式为Ag2O＋2H＋＋2Cl－===2AgCl＋H2O。(4)“②浸金”时Au转化为HAuCl4，Au被氧化，作还原剂，显然作氧化剂的为NaClO3，硫酸的作用是提供H＋，增强NaClO3的氧化性。“②浸金”时硫酸提供酸性环境，SO不参与离子反应，故检验AgCl是否洗涤干净，可以检查最后一次洗涤液中是否含有SO，其实验操作为取最后一次洗涤液少许于试管中，滴入Ba(NO3)2溶液，若没有白色沉淀产生，则证明已经洗涤干净，反之，则需要继续洗涤。(5)先根据化合价升降总数相等，可知HAuCl4、H2C2O4的化学计量数之比为2∶3，再根据原子守恒，确定其他物质及其化学计量数。(6)根据化合价升降总数相等，可知Ag(SO3)
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、HCHO的化学计量数之比为4∶1，再根据电荷守恒和原子守恒配平离子方程式为4Ag(SO3)＋HCHO＋5OH－===4Ag↓＋8SO＋3H2O＋HCO。电解30 min，输出电量为10 A×30×60 s＝18 000 C，则实际转移电子的物质的量为18 000 C×80%÷96 485 C·mol－1≈0.149 mol，根据Ag＋＋e－===Ag，则阴极上析出0.149 mol Ag，其质量为0.149 mol×108 g·mol－1＝16.1 g。
答案：(1)＋3 (2)高温焙烧时，生成的Ag2O又分解为Ag和O2(或2Ag2O4Ag＋O2↑) (3)Ag2O＋2H＋＋2Cl－===2AgCl＋H2O (4)提供H＋，增强NaClO3的氧化性 取最后一次洗涤液少许于试管中，滴入Ba(NO3)2溶液，若没有白色沉淀产生，则证明已经洗涤干净，反之，则需要继续洗涤 (5)2HAuCl4＋3H2C2O4===2Au↓＋8HCl＋6CO2↑ (6)4Ag(SO3)＋HCHO＋5OH－===4Ag↓＋8SO＋3H2O＋HCO 16.1 g
4．(2018·合肥质检)高铁酸钾(K2FeO4)是新型多功能水处理剂。其生产工艺如图1所示：
回答下列问题：
(1)反应①应在温度较低的情况下进行，因温度较高时NaOH与Cl2反应生成NaClO3，写出温度较高时反应的离子方程式：______________________________________________
_______________________________。
(2)在溶液Ⅰ中加入NaOH固体的目的是__________(填字母)。
A．与溶液Ⅰ中过量的Cl2继续反应，生成更多的NaClO
B．NaOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率
C．为下一步反应提供碱性的环境
D．使NaClO3转化为NaClO
(3)反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。图2为不同的温度下，不同质量浓度的Fe(NO3)3对K2FeO4生成率的影响；图3为一定温度下，Fe(NO3)3质量浓度最佳时，NaClO浓度对K2FeO4的生成率的影响。
工业生产中最佳温度为________，Fe(NO3)3
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与NaClO两种溶液的最佳质量浓度之比为________。
(4)反应③的离子方程式为___________________________________________________
_______________________________；
往溶液Ⅱ中加入饱和KOH溶液得到湿产品的原因是
________________________________________________________________________。
(5)高铁酸钾作为水处理剂是能与水反应的，其离子反应是：
4FeO＋10H2O===4Fe(OH)3(胶体)＋3O2↑＋8OH－
则其作为水处理剂的原理是：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
解析：(1)温度较高时，NaOH与Cl2发生歧化反应，生成NaClO3、NaCl，根据化合价升降总数相等、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式：3Cl2＋6OH－5Cl－＋ClO＋3H2O。(2)NaOH和Cl2反应生成NaClO，可除去溶液Ⅰ中未反应的Cl2，且只有在碱性条件下，Fe3＋才能和ClO－发生氧化还原反应生成FeO，所以加入NaOH固体的目的是除去Cl2且使溶液为碱性。(3)根据图2和图3知，工业生产中最佳温度为26 ℃，Fe(NO3)3、NaClO的最佳质量浓度分别为330 g·L－1、275 g·L－1，故Fe(NO3)3、NaClO两种溶液的最佳质量浓度之比为330∶275＝6∶5。(4)反应③为Fe3＋在碱性条件下被ClO－氧化为FeO，ClO－被Fe3＋还原为Cl－，配平离子方程式为2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。溶液Ⅱ中含有Na2FeO4，往溶液Ⅱ中加入饱和KOH溶液，得到K2FeO4，发生反应：Na2FeO4＋2KOH===K2FeO4↓＋2NaOH，故得到湿产品的原因是高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小。(5)高铁酸钾能作为水处理剂，是因为K2FeO4中铁元素为＋6价，具有强氧化性，能起到杀菌消毒的作用，其对应还原产物为Fe3＋，Fe3＋水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性，可除去水中的悬浮物质，从而起到净化水的作用。
答案：(1)6OH－＋3Cl2ClO＋5Cl－＋3H2O
(2)AC (3)26 ℃ 6∶5(或1.2∶1)
(4)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O 高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小
(5)①高铁酸钾中的铁为＋6价，具有强氧化性，能杀菌消毒 ②还原产物Fe3＋水解产生的氢氧化铁胶体具有吸附作用而净水
5．石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含有SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。为了提纯和综合利用初级石墨，设计工艺流程如图所示：
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(注：SiCl4的沸点是57.6 ℃，题中金属氯化物的沸点均高于150 ℃)
(1)已知1 mol石墨完全转化为金刚石需要吸收1.9 kJ的能量。请写出石墨转化为金刚石的热化学方程式：________________________________________________________________
______________________________________。
(2)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间的N2。高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。80 ℃冷凝的目的是___________________________________________
_____________________________________。
由活性炭得到气体Ⅱ反应的化学方程式为____________________________________
________________________________________________________________。
(3)加入过量NaOH溶液得到溶液Ⅳ的反应的离子方程式为________________________
______________________________________________。
(4)用化学反应原理解释得到沉淀Ⅴ的过程中加入乙酸乙酯和加热的作用：________________________________________________________________________。
1 kg初级石墨最多可获得沉淀Ⅴ的质量为________kg。
解析：(1)书写热化学方程式时，除要注明状态外，还要分别注明“石墨”、“金刚石”字样。(2)通入Cl2进行高温反应后，石墨中的Al2O3、Fe2O3和MgO等金属氧化物均转变为相应的氯化物。活性炭与SiO2在高温下反应生成Si和CO，Si与Cl2在高温下反应生成SiCl4，SiCl4的沸点是57.6 ℃，题中金属氯化物的沸点均高于150 ℃，在80 ℃冷凝可将MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体，从而与气态SiCl4分离。气体Ⅱ是SiCl4和CO的混合物。(3)固体Ⅲ中含MgCl2、FeCl3、AlCl3，加入过量NaOH溶液后，Mg2＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，Al3＋转化为AlO进入溶液Ⅳ中。(4)溶液Ⅳ中含有AlO，沉淀Ⅴ是Al(OH)3。溶液Ⅳ中的NaAlO2水解使溶液显碱性，乙酸乙酯在碱性条件下能彻底水解，可消耗NaAlO2水解生成的NaOH，促进NaAlO2水解生成Al(OH)3；水解过程吸热，加热可促进水解，同时也可加快反应速率。初级石墨中含5.1%的Al2O3,1 kg初级石墨中，n(Al2O3)＝1 000 g×5.1%÷102 g·mol－1＝0.5 mol，不考虑转化过程中Al元素的损失，则最多可生成1 mol Al(OH)3沉淀，其质量为0.078 kg。
答案：(1)C(s，石墨)===C(s，金刚石) ΔH＝＋1.9 kJ·mol－1
(2)将MgCl2、FeCl3、AlCl3等金属氯化物冷凝为固体，从而与SiCl4分离 2C＋SiO2＋2Cl2SiCl4＋2CO(或2C＋SiO2Si＋2CO↑、Si＋2Cl2SiCl4)
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(3)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O (4)溶液Ⅳ中NaAlO2水解显碱性，乙酸乙酯消耗NaAlO2水解生成的NaOH，促进NaAlO2水解生成Al(OH)3；加热促进水解，加快反应速率 0.078
6．硝酸铈铵[(NH4)2Ce(NO3)6]广泛应用于电子、催化工业，其合成路线如下：
回答下列问题：
(1)(NH4)2Ce(NO3)6中铈(Ce)的化合价为________。
(2)加热(NH4)2Ce(NO3)6发生反应：(NH4)2Ce(NO3)6CeO2·8OH＋8M↑；CeO2·8OH CeO2＋4H2O＋2O2↑。M的化学式为________；在空气中加热硝酸铈铵晶体除固体颜色发生变化外，还可能观察到的现象是________________________。
(3)步骤Ⅰ的过程为将Ce(NO3)3·6H2O溶于水配成溶液，用氨水调pH在5～6，以H2O2使铈完全氧化沉淀出Ce(OH)4。写出制备氢氧化铈的总反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。
(4)(NH4)2Ce(NO3)6在水中的溶解度与温度、硝酸浓度的关系如图所示。下列说法正确的是________(填标号)。
A．硝酸浓度相同时，硝酸铈铵晶体的溶解度随温度降低而减小
B．温度相同时，硝酸浓度越大，硝酸铈铵晶体的溶解度越大
C．硝酸浓度越大，温度对硝酸铈铵晶体的溶解度影响越小
(5)298 K时，Ksp[Ce(OH)4]＝1×10－29。在步骤Ⅰ中，为了使c(Ce4＋)≤1×10－5 mol·L－1，需控制溶液pH不低于________。
(6)氢氧化铈溶于硫酸得到硫酸铈，标准硫酸铈溶液常作Fe2＋的滴定剂。为了测定KMnO4溶液浓度，进行如下实验：
取x mL KMnO4溶液于锥形瓶中，加入V1 mL c1 mol·L－1 (NH4)2Fe(SO4)2溶液(过量)，充分反应后，用c2 mol·L－1标准Ce(SO4)2溶液滴定Fe2＋至终点，消耗V2 mL标准Ce(SO4)2溶液(滴定反应：Ce4＋＋Fe2＋===Ce3＋＋Fe3＋)。c(KMnO4)＝________mol·L－1(用代数式表示)；若盛装标准硫酸铈溶液的滴定管没有用待装液润洗，则测得的结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
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解析：(2)根据原子守恒知，M为NO，在空气中NO迅速转化成NO2。(3)双氧水作氧化剂，氨水作沉淀剂，根据原子守恒、得失电子守恒和电荷守恒写出离子方程式。(4)从题图看出，硝酸浓度相同时，随着温度升高，硝酸铈铵晶体的溶解度增大，A项正确；温度相同时，硝酸铈铵晶体的溶解度随硝酸浓度的增大而减小，B项错误；从题图看出，硝酸浓度越小，曲线斜率越大，所以，硝酸浓度越小，温度对硝酸铈铵晶体的溶解度影响越大，C项正确。(5)c(OH－)＝≥ mol·L－1＝1×10－6 mol·L－1，c(H＋)＝≤1×10－8 mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)≥8。(6)根据得失电子守恒有：c(KMnO4)·x×10－3 L×5＋c2V2×10－3 mol＝c1V1×10－3 mol，c(KMnO4)＝ mol·L－1。若滴定管未用待装液润洗，则V2偏大，测得的结果偏低。
答案：(1)＋4 (2)NO 产生红棕色气体
(3)2Ce3＋＋H2O2＋6NH3·H2O===2Ce(OH)4↓＋6NH
(4)AC (5)8 (6) 偏低
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